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基于机器学习方法的拟南芥基因组DNA复制时间预测研究

2021-05-06李东维李昭宏杨若林

西北农林科技大学学报(自然科学版) 2021年4期
关键词:特征模型

李 椰,李东维,李昭宏,杨若林

(西北农林科技大学 生命科学学院,陕西 杨凌 712100)

真核生物基因组的复制在时空上受到严格的调控,细胞内DNA复制发生在细胞周期S期,基因组不同位点DNA在各自开始的时间点精确复制,其间不仅发生DNA复制,也涉及染色质状态、表观信息、染色质空间结构的复制[1-2];同时,该复制过程也伴随着其他生物学过程如核小体重塑[3]。根据DNA复制时间早晚特征,可将基因组分为CTR区(constant timing regions,CTR)和TTR区(timing transition regions, TTR)[4]。CTR区是指由多个相邻复制子构成的一段DNA区域,该区域内的复制子同步激活,出现在S期早期(早期复制区CTR)或晚期(晚期复制区CTR)[5]。TTR区则对应于连接上下游2个具有不同CTR的DNA区域[1]。目前,利用Repli-Seq(replication timing sequencing)测序技术,可以在全基因组水平对DNA的复制时间进行系统研究。该技术通过5-溴-2-脱氧尿苷(bromouridine triphosphate,BrdU)在体内替换胸腺嘧啶,从而对新合成的DNA链进行标记,根据不同时期DNA含量的不同,利用荧光激活细胞分选技术(fluorescence-activated cell sorting,FACS)对不同复制时间的DNA分选,用BrdU抗体免疫沉淀BrdU标记的DNA链,对该DNA进行测序[6]。通过Repli-Seq技术对一些生物的DNA复制时间进行鉴定分析,发现早晚期复制的区域存在着明显差异,例如复制早期的DNA区域的基因密度较高,具有更高的转录活性,表达量更高,且富集激活型的染色质标记[7],复制早晚期也与结构变异类型及突变率存在联系[8]。同时,DNA复制早晚的异常及改变与人类的癌症有关[8]。然而,目前研究人员对DNA复制时间调控机制的了解尚不完善。

DNA复制在不同物种内也存在差异。早期的研究表明,异六聚体起始识别复合物(origin recognition complex, ORC)能特异性地结合到酵母基因组的特定位点[9],这对于保证酵母基因组的准确复制有着重要的作用。……

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